Circuito transdutor piezoelétrico e suas aplicações

Certos cristais como titanato de bário, quartzo, tantalita de lítio, etc., têm a propriedade de produzir eletricidade ao aplicar uma força ou pressão sobre eles sob um arranjo específico. Além disso, eles podem trabalhar no inverso, transformando o sinal elétrico aplicado através deles em vibrações. Portanto, eles são usados ​​como transdutores em muitas aplicações. Eles são chamados de materiais piezoelétricos. Portanto, um transdutor piezoelétrico produz tensão ao aplicar uma força sobre eles e vice-versa. Primeiro, vejamos algumas das aplicações do Transdutor Piezoelétrico seguido pela definição.

Efeito piezoelétrico:

1. Analisador de tensão mecânica:

A principal aplicação é o analisador de tensão para colunas em edifícios, onde a tensão proporcional produzida na tensão sobre o cristal é medida e a tensão correspondente pode ser calculada.

2. Isqueiros:

O isqueiro do queimador a gás e o isqueiro do cigarro também seguem a mesma regra de efeito piezoelétrico que produz pulso elétrico sobre a força produzida pelo impacto repentino do gatilho sobre o material dentro deles.

Efeito piezoelétrico é definido como a mudança na polarização elétrica que é produzida em certos materiais quando submetidos a tensões mecânicas.

Efeito piezoelétrico inverso:

1. Relógio de quartzo:

Dentro do nosso relógio, existe um ressonador de quartzo que funciona como oscilador. O elemento é o dióxido de silício. O sinal elétrico aplicado através do cristal o faz vibrar periodicamente, o que por sua vez regula as engrenagens dentro de nosso relógio.

2. Piezo Buzzers:

As campainhas são amplamente utilizadas em muitas aplicações, como indicador reverso de carros, computadores e etc. Neste caso, ao aplicar tensão em certa magnitude e frequência através do cristal mencionado acima, eles tendem a vibrar. A vibração pode ser desviada para um espaço fechado com uma pequena abertura tornando-a um som audível.

O efeito piezoelétrico inverso é definido como a deformação ou deformação produzida em certos materiais quando submetidos a um campo elétrico.

Transdutor piezoelétrico:

Acima está um transdutor piezoelétrico de três terminais barato usado em 12V Piezo Buzzer que produz som com o arranjo de circuito abaixo. Onde a caixa preta se torna a estrutura para criar um som audível.

Conversão de força em eletricidade usando transdutor piezoelétrico:

Vamos tentar experimentar o efeito piezoelétrico convertendo uma força em um sinal de pequena tensão usando o disco transdutor piezoelétrico. Então, vamos tentar armazenar a energia produzida por meio da força ou pressão.

Soldando os terminais:

Soldar o fio ao transdutor piezoelétrico é a parte principal do seu uso. Tenha cuidado para não superaquecer a superfície, pois ela derrete mesmo em baixa temperatura por alguns segundos. Portanto, tente derreter o chumbo no ferro de solda e soltar a solda derretida sobre a superfície. Para esta operação, terminais positivo e negativo serão suficientes e podem ser vistos na foto acima.

Operação:

O transdutor piezoelétrico produz uma saída descontínua ou alternada ao aplicar força de batida repetida sobre ele. Portanto, deve ser retificado para torná-lo DC armazenável ou utilizável. Portanto, para uma eficiência de retificação superior de 80% ou mais, usaremos o retificador de onda completa. Podemos usar uma combinação de quatro diodos em configuração de ponte ou um pacote com diodo de ponte embutido como RB156. Aqui está a referência para construir o retificador Full Wave com filtro.

Portanto, o mesmo conceito é aplicado aqui, onde a saída alternada do transdutor piezoelétrico é convertida em CC e armazenada dentro do capacitor de saída. A energia armazenada é então dissipada por meio de um LED com saída controlada. Conseqüentemente, a dissipação da energia armazenada será visível.

Diagrama do circuito do transdutor piezoelétrico:

A seguir está o diagrama esquemático do Circuito Transdutor Piezoelétrico onde a energia armazenada no capacitor será dissipada somente quando a chave tátil for fechada.

O capacitor usado na saída pode ser aumentado ainda mais para aumentar a capacidade de armazenamento, mas, no entanto, o número de transdutores piezoelétricos também deve ser aumentado. Portanto, aqui é 47uF.

Trabalhando:

Conforme explicado na simulação acima, as conexões são feitas no breadboard. Mas, a razão para usar dois transdutores piezoelétricos é aumentar a quantidade de energia produzida em um curto intervalo de tempo. Inicialmente, damos batimentos contínuos sobre os transdutores.

Assim que o nível de tensão necessário for alcançado, pressionamos o botão tátil e o LED acende por um momento.

A razão para o LED piscar como abaixo é que o capacitor de 47uF usado pode armazenar apenas aquela quantidade de energia para piscar o LED por alguns segundos. A quantidade de energia produzida e armazenada pode ser aumentada aumentando o número de transdutores e o valor do capacitor. O vídeo abaixo demonstra o processo feito acima em etapas.